放热率对车用发动机性能影响及优化

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集放热率对车用发动机性能影响及优化韩永强，赵佳佳，张亮，田永海吉林大学内燃机工程系，长春130025摘要：基于理论循环和校准后的GT-Power模型研究了燃烧放热率对车用发动机热效率、最高燃烧压力、压力升高率及能量分配的影响规律。理论循环研究表明热效率仅取决于加热时刻相对于上止点的角度，与上止点前后无关，即加热时刻所对应的热效率关于上止点具有对称性；GT-Power模拟研究表明放热率越集中、放热率重心越靠近上止点则热效率越高，但相应的其缸内燃烧压力峰值、压力升高率峰值、缸内温

2、度峰值及累积传热损失均会升高；实际循环中由于传热损失的存在使得热效率并不完全关于上止点对称，随放热持续期的缩短、放热率重心向上止点的靠近，其对称性趋于明显。关键词：发动机；燃烧；放热率；热效率燃烧过程直接决定着车用柴油机的性能及排放在理论循环假设条件下，对于上止点前ϕ1曲轴水平[1-3]。而燃烧放热率为燃烧过程的决定因素，转角开始加热的循环其缸内工质状态与上止点后ϕ1影响着发动机指示热效率、机械负荷及排放特性[4]。曲轴转角（压缩到上止点后再膨胀至ϕ1位置）因为为了适应越来越严格的燃油消耗率及排放法规的要其缸内容积相同则两点的状态相同。即T−S图

3、中定求，发动机工作者提出了许多不同的燃烧过程组织容加热线完全重合，但由于此时缸内温度较低其曲线处于上止点进行定容加热的曲线下方，且随ϕ角形式及放热率模式，主要包括HCCI/准HCCI燃烧的增加而逐步降低。从图1可以看出只要定容加热发[5-7]、同时降低PM、NOx排放的放热率模式等[8,9]。生在高于点压缩过程（上止点前）或部分膨胀过a放热率对车用发动机性能的影响及放热率优化方面程（上止点后）则排气放热量Q（b−a线下方的面2的研究很多[10-12]，但均针对特定的机型、特定的积）必然小于循环加热量Q(c−z线下方的面积)。1性能指标，缺少宏观的

4、结论。本文将以理论循环为wQ则据理论循环热效率定义[15]：η=t=1−2有理基础，结合GT-Power模型详细讨论放热率对热效率tQQ11及其它指标的影响规律并结合不同的燃烧模式探讨论循环热效率大于0，即发动机可以正常运转且有指放热率优化的通用原则。示功输出。同时，对应偏离上止点前后相同的曲轴1理论循环研究转角所对应的定容加热线重合，则其Q值相同，即2由于理论循环是对发动机实际循环的高度概括理论循环热效率相同。随着偏离上止点角度的增加和简化，通过理论循环的分析可以很方便且直观的放热量Q逐渐增加，这就表明越偏离上止点热效率2反映放热率对循环热效率

5、的影响规律。定容加热理越低，极限情况下在a点完成放热则加热线与方热线论循环可以表征瞬时加热或点加热的情况，而任何重合，循环热效率达到最小值0。一个实际循环的燃烧放热过程从微观角度而言均可Tzc−ϕ1c−ϕ2z,z认为是多个定容加热循环的组合。因此，分析不同ϕ1−ϕ1z,zϕ2−ϕ2曲轴转角下的定容加热理论循环热效率可以全面反c,cϕ′1,cϕ′2b,bϕ2−ϕ2c,c′应燃烧放热率对循环热效率的影响规律。图1显示了ϕ1−ϕ1c,c′b,bϕ2−ϕ2ϕ1−ϕ1在±ϕ,±ϕ（ϕ>ϕ）及上止点处（ϕ=0）进行定容b1221加热时所对应的T−S（温-熵）

6、图，图中每一循环对a应的进气终了状态Ta，Sa、循环加热量均相同。Q1S图2显示了相应的P−V（示功）图。图1不同曲轴转角定容加热循环T-S图图1、图2中无下标的循环阶段标志字母表征在从图2可以看出对于偏离上止点的定容加热循上止点进行加热的理论循环，±ϕ表征在上止点前或1环其实质为缩小了压缩比，从而导致热效率的下降。后ϕ1曲轴转角（“+”表征上止点后，“-”表征上止点综上，理论循环研究结果表明偏离上止点的加热由于等效降低了压缩比，工质膨胀不完全其热效前）进行瞬时定容加热。作者简介：韩永强（1975－），男，博士、副教授，研究方向：内燃机公害控制。

7、E-mail:hanyq@jlu.edu.cn成都，2007年8月韩永强等：放热率对车用发动机性能影响及优化率下降；对于偏离上止点相同的曲轴转角且分布在响采用了给定放热规律的自定义燃烧模型。为了配上止点两侧的定容加热其有效压缩比一致、定容加合放热规律的改变人为的将喷射时刻充分提前，从热线重合且定容放热值相等，从而其循环热效率也而避免了快速放热时部分燃油尚未喷入缸内的问相等；偏离上止点越远有效压缩比越小，热效率越题。为了验证所建模型的准确性，以从DS-9100燃烧低。分析所获得的燃烧放热率作为输入参数反算了缸内Pc压力变化历程。模拟结果与实测示功图

8、的比较如图3−ϕ2c−ϕ1z所示。140c,c′,c′ϕ1ϕ2c′−ϕ1,cϕ1bϕ2,b−ϕ2120模拟结果b,bϕ1−ϕ1c′,cb